模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀，其由崩解容器系統(tǒng)、溶液系統(tǒng)、干濕循環(huán)系統(tǒng)、自動篩分系統(tǒng)、數據監(jiān)測系統(tǒng)和支撐底座系統(tǒng)六個部分組成。所述模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀可以實現高仿真模擬巖石在動態(tài)淋水、靜態(tài)浸水、干濕循環(huán)、風干及溫度變化等環(huán)境條件中巖石崩解狀態(tài)的觀測描述，并可實時連續(xù)性監(jiān)測各種粒徑崩解物質量變化情況，從而分析巖石崩解特性及評價巖石自持能力，可以廣泛適用于工程地質勘察隊、高校及科研單位等的一種新型試驗設備。
【專利說明】模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種巖石崩解試驗設備，特別是一種通過多種組件的組合，可以實現模擬多種環(huán)境條件下巖石崩解狀況的實時觀察和崩解物的定量監(jiān)測，從而研究巖石崩解特性及評價巖石自持能力的一種新型試驗儀器。
【背景技術】
[0002]國內外對于巖石崩解性的試驗研究主要有兩種方法:耐崩解性試驗和普通崩解試驗。
[0003]耐崩解試驗方法規(guī)范，國外主要為國際巖石力學學會(ISRM) 1979年建議的方法，我國自最早1999年發(fā)布中國工程巖體試驗方法標準(GB/T50266-99)之后，又有《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》(SL264-2001)和《公路工程巖石試驗規(guī)程》(JTG E41-2005)。這些試驗規(guī)程大致方法相同，在耐崩解性試驗過程中存在較大缺陷和局限性:巖樣受到了機械強烈的外動力擾動，試驗時間短巖石中水分遷移不完全，無法實時觀測巖石的崩解狀況，且并不符合巖石實際崩解過程。
[0004]普通崩解試驗常用方法是將巖樣靜置于空氣或崩解溶液中，觀察巖石崩解情況，烘干崩解物后篩分計算級配變化曲線。普通崩解試驗過程比較符合實際巖石崩解情況，但是實驗室條件下存在人工操作費時費力，誤差大，無法實時連續(xù)性測定崩解物不同條件下顆粒級配變化，崩解水溶液不容易循環(huán)使用保存等缺點；中國科學院地質與地球物理研究所發(fā)明的巖石靜態(tài)崩解過程儀，只能測定巖石浸水單一條件下不同粒徑崩解物質量變化，且若考慮水的浮力及崩解物間的粘聚力作用，所測得不同粒徑崩解物的質量并非真實質量，天平讀數無法自動實時采集數據，無法模擬動態(tài)淋水、干濕交叉及溫度變化等多環(huán)境條件下巖石的崩解狀況等缺點。
[0005]目前市場上和已有的研究中，暫無高仿真模擬不同環(huán)境條件下系統(tǒng)性實時定量連續(xù)性測定巖石崩解特性及評價巖石自持能力的試驗設備。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種結構設計相對簡單，加工精細，體積適中，重量輕，便于組裝和移動，且可以實現高仿真模擬巖石在動態(tài)淋水、靜態(tài)浸水、干濕循環(huán)、風干及溫度變化等條件中巖石崩解狀態(tài)的觀測描述，并實時連續(xù)性監(jiān)測各種粒徑崩解物質量變化情況，從而通過模擬分析不同環(huán)境條件下巖石崩解狀況，研究巖石崩解特性及評價巖石自持能力的一種新型試驗設備。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明是按如下方式實現的:本發(fā)明所述模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀由崩解容器系統(tǒng)、溶液系統(tǒng)、干濕循環(huán)系統(tǒng)、自動篩分系統(tǒng)、數據監(jiān)測系統(tǒng)和支撐底座系統(tǒng)六個系統(tǒng)組成；崩解容器系統(tǒng)由圓臺狀崩解桶、桶蓋、9個不同直徑和孔徑標準篩、導滑槽、溫度計和底部2個控制閥組成，其主要作用是提供巖石崩解場所，觀察巖石崩解狀態(tài)，實現模擬各種環(huán)境條件下巖石崩解進程中不同粒徑崩解物的初步分離并監(jiān)測崩解環(huán)境溫度；溶液系統(tǒng)由集水箱、溫度計、水位標尺、孔塞和底部一個控制閥組成，其主要作用是盛放并回收崩解溶液，測試溶液溫度，并可隨時取溶液樣品做其他指標分析；干濕循環(huán)系統(tǒng)由控溫鼓風機、小型水泵、水壓表、流量計、轉接接頭、調速噴頭、水管和控制閥組成，其主要作用是模擬實現崩解容器內巖石受淋水、浸水、風干、各種不同程度干濕交替及溫度變化等的環(huán)境條件，調節(jié)并實時觀測崩解液流量、壓力及注入方式等；自動篩分系統(tǒng)由步進電機、機械手、機械臂、滑座和導軌組成，其主要作用是調控崩解容器系統(tǒng)的往復規(guī)律性滑動，實現標準篩動力往復篩分功能；數據監(jiān)測系統(tǒng)由36個應變式質量傳感器、數據線路、電腦主機及顯示器組成，其主要作用是實現各環(huán)境條件下巖石崩解后不同粒徑崩解物質量的實時測定，數據動態(tài)化處理分析過程；支撐底座系統(tǒng)由鋼板框架、2個把手和2個腳輪組成，其主要作用是支撐上部各系統(tǒng)設備組件，并可通過腳輪實現整套實驗器材的便捷式移動。
[0008]所述崩解桶有塑鋼透明材料制成，底部設置有導滑槽。
[0009]所述桶蓋中部設置有把手和開口，一側設置有通氣孔。
[0010]所述標準篩配置不同直徑和篩孔徑，分別為4=380，^=360，^=340，<=320，(64=300, (64=280, (6/,=260，(64=240, dg-22Q ；r7=20, />=10，r3-b, r4-2, r5-l, r6-Q.5，r7=0.25，rs=0.Ur9=0.075 (<為篩子直徑，為篩孔直徑，單位:_)，并中間設置有提篩小把手。
[0011]所述集水箱有塑鋼透明材料制成，設置有開孔。
[0012]所述控溫鼓風機可通過調節(jié)功率控制鼓風強度及加熱溫度。
[0013]所述調速噴頭設置有多模式灑水功能的調節(jié)控制閥。
·[0014]所述步進電機配置有信號接收及轉換器，并連接電腦。
[0015]所述滑座底部配置有多個銷釘，用于固定于鋼板框架上。
[0016]所述應變式質量傳感器固定于崩解桶側壁，并焊接有鋼片。
[0017]本發(fā)明的積極效果:本發(fā)明所述模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀其結構設計相對簡單，加工精細，體積適中，重量輕，便于組裝和移動，且實現高仿真模擬巖石在動態(tài)淋水、靜態(tài)浸水、干濕循環(huán)、風干及溫度變化等過程中巖石的崩解狀態(tài)觀測描述，并實時連續(xù)性監(jiān)測各種粒徑崩解物質量變化情況，從而通過模擬不同環(huán)境條件下巖石崩解狀況，分析巖石崩解特性及評價巖石自持能力的一種新型試驗設備，并可以廣泛適用于工程地質勘察隊、高校及科研單位等的巖石崩解試驗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0019]圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖；
圖2、圖3是崩解容器部分的拆分結構示意圖；
圖4是應變式質量傳感器放大示意圖。
[0020]圖中，I崩解桶2桶蓋3標準篩4控制閥5導滑槽6集水箱7水位標尺 8溫度計9孔塞10控溫鼓風機11小型水泵12水壓表13流量計14轉接接
頭15調速噴頭16水管17步進電機18機械手19機械臂20滑座21導軌22應變式質量傳感器23數據線路24電腦主機25顯示器26鋼板框架27把手28腳輪。【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，本發(fā)明是按如下方式實現的:本發(fā)明所述模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀由崩解容器系統(tǒng)、溶液系統(tǒng)、干濕循環(huán)系統(tǒng)、自動篩分系統(tǒng)、數據監(jiān)測系統(tǒng)和支撐底座系統(tǒng)六個系統(tǒng)組成；崩解容器系統(tǒng)由圓臺狀(I)崩解桶、(2)桶蓋、9個不同直徑dx和孔徑rx (3)標準篩、(5)導滑槽、(8)溫度計和底部2個(4)控制閥組成，其主要作用是提供巖石崩解的場所，觀察巖石崩解狀況，實現模擬各種環(huán)境條件下巖石崩解進程中不同粒徑崩解物的初步分離并監(jiān)測崩解環(huán)境溫度；溶液系統(tǒng)由(6)集水箱、(7)水位標尺、(8)溫度計、(9)孔塞和底部一個(4)控制閥組成，其主要作用是盛放并回收崩解溶液，測試溶液溫度，并可隨時取溶液樣品做其他指標分析；干濕循環(huán)系統(tǒng)由(10)控溫鼓風機、(11)小型水泵、(12)水壓表、(13)流量計、(14)轉接接頭、(15)調速噴頭、(16)水管和(4)控制閥組成，其主要作用是模擬實現崩解容器內巖石受淋水、浸水、風干、各種不同程度干濕交替及溫度變化等環(huán)境條件，調節(jié)并實時觀測崩解液流量、壓力及注入方式等；自動篩分系統(tǒng)由
(17)步進電機、(18)機械手、(19)機械臂、(20)滑座和(21)導軌組成，其主要作用是調控崩解容器系統(tǒng)的往復規(guī)律滑動，實現標準篩動力往復篩分功能；數據監(jiān)測系統(tǒng)由36個(22)應變式質量傳感器、(23)數據線路、(24)電腦主機及(25)顯示器組成，其主要作用是實現各環(huán)境條件下巖石崩解后不同粒徑崩解物質量的實時測定，數據動態(tài)化處理分析過程；支撐底座系統(tǒng)由(26 )鋼板框架、2個(27 )把手和2個(28 )腳輪組成，其主要作用是支撐上部崩解實驗系統(tǒng)，并可通過腳輪實現整套實驗器材的便捷式移動。
[0022]所述(I)崩解桶有塑鋼透明材料制成，底部設置有(5)導滑槽。
[0023]所述(2)桶蓋中部設置有把手和開口，一側設置有通氣孔。
[0024]所述(3)標準篩配置不同直徑和篩孔徑，分別為4=380，^=360, ^=340, <=320，(64=300, (64=280, (6/,=260，(64=240, dg-22Q ；r7=20, />=10，r3-b, r4-2, r5-l, r6-Q.5，r7=0.25，rs=0.Ur9=0.075 (<為篩子直徑，為篩孔直徑，單位:_)，并中間設置有提篩小把手。
[0025]所述(6)集水箱有塑鋼透明材料制成，設置有開孔。
[0026]所述(10)控溫鼓風機可通過調節(jié)功率控制鼓風強度及加熱溫度。
[0027]所述(15)調速噴頭設置有多模式灑水功能調節(jié)(4)控制閥。
[0028]所述(17)步進電機配置有信號接收及轉換器，并連接(24)電腦。
[0029]所述(20)滑座底部配置有多個銷釘，用于固定于(26)鋼板框架上。
[0030]所述(22)應變式質量傳感器固定于(I)崩解桶側壁，并焊接有鋼片。
[0031]本發(fā)明的工作過程是:本發(fā)明所述模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀是可以廣泛適用于工程地質勘察隊、高校及科研單位等的巖石崩解性測試的試驗設備。它可以實現高仿真模擬巖石在動態(tài)淋水、靜態(tài)浸水、干濕循環(huán)及、風干及溫度變化等過程中巖石的崩解狀態(tài)觀測描述與實時連續(xù)性監(jiān)測各粒徑的崩解物質量變化情況，從而分析實際各環(huán)境條件下巖石崩解狀況，研究巖石崩解特性及評價巖石自持能力，為工程建設和科研項目提供巖石崩解性基礎數據。具體工作時先開啟數據監(jiān)測系統(tǒng)，打開電腦主機與顯示器，調試并檢測連接質量傳感器、數據采集儀的相關軟硬件工作狀況；然后按匹配規(guī)格把標準篩依次從下往上放置于崩解桶內，每一個標準篩正好有4個呈中心對稱質量傳感器支撐，把需要進行崩解性試驗的巖石塊體放置于最上面(JAr7)標準篩中部，蓋好桶蓋；檢查并接通干濕循環(huán)系統(tǒng)；打開集水箱上的孔塞，把試驗所需的崩解水溶液注入集水箱，并通過水位標尺觀察崩解溶液體積，通過溫度計隨時測試水溶液溫度，在崩解試驗過程中隨時可從集水箱底部控制閥處采集崩解溶液樣品做其他方面指標分析；開啟數據監(jiān)測軟件開始數據采集；模擬巖石受滴水、流水、灑水、淋水、噴水及飽和浸水環(huán)境崩解時操作為:打開小型水泵開關，小型水泵把集水箱里崩解溶液抽送到頂部后從調速噴頭流出，此時通過觀察流量計和水壓表讀數來調節(jié)小型水泵功率和調節(jié)調速噴頭到所需要的噴水模式(滴水、流水、灑水、淋水、噴水等模式)后，將調速噴頭安裝到桶蓋上，通過崩解桶底部控制閥開、關選擇崩解模式(開-崩解桶內崩解溶液從底部流回集水箱，模擬滴水，流水、灑水、淋水、噴水崩解模式；關-崩解溶液充滿崩解容器后關閉小型水泵，模擬浸水模式)，通過崩解桶內溫度計隨時觀測崩解容器內環(huán)境溫度；此后按實際需要選擇是否開啟步進電機，若需要則打開后通過電腦操作向步進電機輸入電信號，步進電機通過機械臂帶動機械手連接崩解容器做規(guī)律往復推進-回收式動作，模擬人工篩分過程，通過編輯輸入給步進電機的電信號，調節(jié)步進電機工作功率從而控制機械手帶動崩解容器的往復篩分速率；通過透明崩解桶觀察并記錄巖石崩解狀態(tài)描述，通過監(jiān)測系統(tǒng)和電腦編輯好的相關程序隨時定量分析計算巖石崩解物狀況；模擬巖石受干循環(huán)、風干及溫度變化等環(huán)境條件下崩解時操作為:開啟數據監(jiān)測軟件開始數據采集；關閉小型水泵等濕循環(huán)設備，取下桶蓋上的調速噴頭后，開啟控溫鼓風機和與之相連的控制閥，通過調節(jié)功率控制鼓風強度和鼓風溫度，通過崩解桶內溫度計隨時觀測崩解容器內環(huán)境溫度；此后按實際需要選擇是否開啟步進電機，若需要則打開后通過電腦操作向步進電機輸入電信號，步進電機通過機械臂帶動機械手連接崩解容器做規(guī)律往復推進-回收式動作，模擬人工篩分過程，通過編輯輸入給步進電機的電信號，調節(jié)步進電機工作功率從而控制機械手帶動崩解容器的往復篩分速率；通過透明崩解桶觀察并記錄巖石崩解狀況描述，通過監(jiān)測系統(tǒng)和電腦編輯好的相關程序隨時定量分析計算巖石崩解狀況；試驗完成后整理儀器，分析拷貝數據，關閉整套系統(tǒng)。
【權利要求】
1.模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀，其特征在于:由崩解容器系統(tǒng)、溶液系統(tǒng)、干濕循環(huán)系統(tǒng)、自動篩分系統(tǒng)、數據監(jiān)測系統(tǒng)和支撐底座系統(tǒng)六個系統(tǒng)組成；崩解容器系統(tǒng)由圓臺狀崩解桶、桶蓋、9個不同直徑和孔徑標準篩、導滑槽、溫度計和底部2個控制閥組成，其主要作用是提供巖石崩解的場所，觀察巖石崩解狀態(tài)，實現模擬各種環(huán)境條件下巖石崩解進程中不同粒徑崩解物的初步分離并監(jiān)測崩解環(huán)境溫度；溶液系統(tǒng)由集水箱、溫度計、水位標尺、孔塞和底部一個控制閥組成，其主要作用是盛放并回收崩解溶液，測試溶液溫度，并可隨時取溶液樣品做其他指標分析；干濕循環(huán)系統(tǒng)由控溫鼓風機、小型水泵、水壓表、流量計、轉接接頭、調速噴頭、水管和控制閥組成，其主要作用是模擬實現崩解容器內巖石受淋水、浸水、風干、各種不同程度干濕交替及溫度變化等環(huán)境條件，調節(jié)并實時觀測崩解液流量、壓力及注入方式等；自動篩分系統(tǒng)由步進電機、機械手、機械臂、滑座和導軌組成，其主要作用是調控崩解容器系統(tǒng)的往復規(guī)律滑動，實現標準篩動力往復篩分功能；數據監(jiān)測系統(tǒng)由36個應變式質量傳感器、數據線路、電腦主機及顯示器組成，其主要作用是實現各環(huán)境條件下巖石崩解后不同粒徑崩解物質量的實時測定，數據動態(tài)化處理分析過程；支撐底座系統(tǒng)由鋼板框架、2個把手和2個腳輪組成，其主要作用是支撐上部崩解實驗各系統(tǒng)設備儀器，并可通過腳輪實現整套實驗器材的便捷式移動。
2.根據權利要求1所述的模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀，其特征在于:所述崩解桶有塑鋼透明材料制成，底部設置有導滑槽。
3.根據權利要求1所述的模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀，其特征在于:所述桶蓋中部設置有把手和開口，一側設置有通氣孔。
4.根據權利要求1所述的模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀，其特征在于:所述標準篩配置不同直徑和篩孔徑，分別為4=380，4=360，4=340，<=320，^=300，d6=280，dz=260，(64=240, (64=220 ；r7=20, />=10, r3=5, r4-2, r5-\, re=Q.5, r7=0.25, r8=Q.1, rg=Q.075 Cdx 為篩子直徑，rx為篩孔直徑，單位:mm)，并中間設置有提篩小把手。
5.根據權利要求1所述`的模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀，其特征在于:所述集水箱有塑鋼透明材料制成，設置有開孔。
6.根據權利要求1所述的模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀，其特征在于:所述控溫鼓風機可通過調節(jié)功率控制鼓風強度及加熱溫度。
7.根據權利要求1所述的模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀，其特征在于:所述調速噴頭設置有多模式灑水功能調節(jié)控制閥。
8.根據權利要求1所述的模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀，其特征在于:所述步進電機配置有信號接收及轉換器，并連接電腦。
9.根據權利要求1所述的模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀，其特征在于:所述滑座底部配置有多個銷釘，用于固定于鋼板框架上。
10.根據權利要求1所述的模擬多環(huán)境巖石崩解過程實時測定儀，其特征在于:所述應變式質量傳感器固定于崩解桶側壁，并焊接有鋼片。
【文檔編號】G01N33/24GK103792333SQ201310646830
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權日:2013年12月5日
【發(fā)明者】綦建峰, 隋旺華, 張改玲, 張丁陽, 邵潁, 劉佳維 申請人:中國礦業(yè)大學